铁路综合视频监控网中智能分析系统架构实现的讨论

洪 波

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

随着铁路综合视频监控业务的增长以及视频技术、互联网技术和智能分析技术的发展，既有视频监控系统作为视频监控业务的基础服务性网络，虽然承载了铁路大量的业务，但在智能化分析、管理和运营等方面已经不太能满足业务的实际需求，因图像识别技术在视频系统中的广泛应用，且在各种视频对象处理分析上均有较好的解决方案和技术实现，所以，如何在视频监控系统中实现可靠、灵活、高效的智能分析系统架构，为今后铁路综合视频监控业务系统向一体化平台及扁平化架构的迁移提供弹性可扩展的系统架构，充分支撑各专业的个性化智能分析应用，具有重要现实意义。

2 铁路综合视频监控业务网络架构简介

铁路综合视频监控系统由视频节点（包括视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点）、视频汇集点、视频采集点、承载网络和视频终端（包括视频管理终端、监视终端）组成。视频监控系统接口包括A、B、C、D、E、F、H、Na接口，其中A、B、H是视频监控系统外部接口，C、D、E、F是视频监控系统内部接口，Na是设备管理接口。主体架构分为核心-区域-接入3层，视频核心节点实现了总公司-路局、路局-路局之间的音视频流转发，视频区域节点实现了路局管内的音视频流存储、转发，视频接入节点则负责视频业务的接入。

目前正在构建视频监控一体化平台，提升智能化应用水平。架构将由三级控制、三级存储简化为两级控制、三级存储，对部分视频节点功能简化，在共享视频资源的前提下，智能分析系统也将按需配置至各级视频节点。

3 智能视频分析技术简介

智能视频分析技术涉及图像处理、跟踪技术、模式识别、人工智能、数字信号处理等多个领域。主要的智能分析有以下几个类别。

1）诊断类智能分析是针对常见的摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确分析、判断和报警，一般服务于智能化管理系统。

2）识别类智能分析主要是对静态场景的分析处理，通过图像识别、图像比对及模式匹配等核心技术，实现对人、车、物等相关特征信息的提取与分析。

3）行为类智能分析对动态场景的分析处理，如旅客逆行、防区入侵检测、围栏翻越检测、站台穿越检测、物品遗留、轨迹追踪、人群聚集度检测以及客流统计等。

目前主要的智能分析技术在不考虑综合成本的前提下，大部分在前端设备和后端设备中均可实现。前端智能是将一些视频分析算法移植到摄像机中，在摄像机中实现对实时视频的分析和检查，如人像识别摄像机通过移动侦测、视频触发可对来往行人进行识别。后端智能是指前端摄像机只负责采集视频信息或仅做通用性分析的结构化筛查，将原始码流传递到后端服务器进行深入智能化视频分析。

4 智能视频分析应用需求及场景分析

铁路综合视频监控网作为路内通用视频监控业务的服务性网络，应为铁路各专业视频监控的智能化服务需求提供条件。目前，视频监控系统已实现了对铁路车站、区间线路、枢纽、关键卡口及相关环境场景下音视频监控信息业务的高效承载，但随着高铁建设规模的不断扩大和视频采集设备的高清、超清化以及各类新视频应用系统的部署，满足视频用户更便捷的使用需求、视频资源的整体共享和系统的运营智能化是铁路综合视频监控网发展的方向。

因此，应在铁路视频监控系统的智能化建设中满足以下功能需求。

4.1 视频内容分析功能

视频内容分析功能应符合越线检测、人员逆流、物品遗留检测、物品消失检测、人群密度检测、徘徊滞留检测等一种或多种分析类型。

4.2 视频智能分析功能

铁路视频智能分析功能主要针对区间和车站智能化需求来实现。

1）区间智能分析功能

a.入侵检测

通过视频监控系统，基于视频图像分析，当人或动物等物体入侵到铁路沿线区域内敏感区域时，产生告警信息。

b.列车追踪

针对特定列车，在视频终端能持续跟踪显示该列车运行画面。

2）车站智能分析功能

a.人脸识别/人像抓拍功能

支持对人实时分析出来的人脸/人像图片和特征入库；支持对路人库进行检索，并对检索出来的目标进行轨迹展示。

b.视频结构化功能

视频结构化是指通过对视频信息进行解析，对一个或者多个视频中的行人属性进行分析归类，从而可以快速、准确的从海量视频中找到目标人群的一种能力。

视频结构化应支持提取视频中行人的一些属性类，包括但不限于性别、年龄段、衣着颜色纹理款式、面部特征发型特征及配戴（如眼镜、口罩）、举伞/伞色、体型（标准、胖、瘦）、手拎/持物、肩挎、背包、拉拽物、骑行自行车辆等。

c.视频摘要功能

视频摘要是通过对视频进行时间和存储空间上的压缩处理，生成简短的视频片段，可以快速关联显示完整的视频内容，减少查阅视频时间，提高查阅视频效率。

d.视频搜索功能

视频搜索是指用户可以通过空间、时间、行为、类型等搜索条件过滤掉视频信息中的大部分信息，从而可以快速、准确的从海量视频中获取关键视频。

4.3 专业智能分析接入功能

满足其他各专业，根据自己业务特点定制智能化需求，并通过视频监控系统相应接口，部署其他智能分析功能。

此外，视频监控智能分析还需要一些包括视频图像质量诊断功能、云镜控制功能以及视频联动功能。

由此可见，视频监控智能化应用的需求应着重解决3个问题，一是将视频监控操作人员从繁杂而枯燥的屏幕监视、回看任务中解脱出来，由机器来完成这部分工作，而对异常情况能够及时告警、处理等；二是在海量的视频数据中快速搜索到想要找到目标图像；三要为智能化运营和管理系统的建立提供基础条件和输入数据。

5 铁路综合视频监控智能分析系统架构应用策略讨论

铁路综合视频监控智能分析系统是构架于铁路视频监控系统的智能化系统。系统经铁路综合视频监控业务网络的智能分析接入参考点接入，通过获取所需视频媒体流实现视频监控系统的通用或专业智能分析应用。

5.1 视频监控智能分析系统接入参考点的设置

视频监控智能分析系统设置的逻辑接入参考点包括视频采集点、视频节点、视频终端接入参考点以及与视频外部接口相连的接入参考点。

1) 视频采集点接入参考点：位于摄像机进行视频采集后（一般为网络摄像机）或数字/模拟摄像机经汇聚/编码器编码IP化后的接口，属于前端分析架构。

2) 视频节点接入参考点：位于视频节点（包括视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点）后，属于后端分析架构。

3) 视频终端接入参考点：位于视频终端（包括视频终端、视频终端服务节点）后，属于后端分析架构。

4) 视频外部接口接入参考点：位于铁路视频监控系统对外网提供视频服务的互联互通接口外侧，属于后端分析架构。

因此，根据视频监控智能分析系统接入不同参考点的设置，总体上可分为前端智能分析和后端智能分析两种架构应用策略。

5.2 视频监控智能分析系统架构的应用策略

视频监控智能分析系统架构的应用有两种方式，即基于采用前端分析设备或模块的前端架构方式和基于后端通用或专业应用服务器的后端架构方式。

前端视频分析是将智能视频分析算法集成在前端摄像机处理器中，以目前产业的集成化能力，一台摄像机即可以实现大部分单视频的智能分析。基于后端服务器的智能视频分析是指将智能算法软件安装在通用或专业应用服务器系统中，在视频媒体流转入服务器后对视频流进行图像分析和处理。

两类经智能分析接入参考点部署智能视频分析架构的实现可以说是各有千秋，但是笔者认为在铁路视频监控系统中，采用后端智能分析应用服务的架构相对优于前端采集设备应用的架构，原因主要表现在以下几点。

1) 在部署前端智能摄像机以取代传统模拟摄像机之时，会涉及到大量增量资金的投入，且铁路区间和车站大多数为相对单一的监控场景，智能化需求差异明显，在后端服务器进行智能化升级则更具优势。

2) 在安装运维中，后端部署的方式虽然对于网络带宽和网络管理提出了较高要求，但结合目前铁路视频监控网络以视频节点为视频数据存储中心的集中存储方式，反而为基于后端视频智能分析架构的应用提供了可行条件。

3) 以现有的技术发展速度，智能摄像机会不断被新出现的具有更多智能化功能设备所取代，而升级后端服务和硬件系统比升级前端冗余处理能力相对有限的固件和网络摄像机要简单很多。

4）全国铁路视频监控系统的建设各有先后，视频采集设备新旧状态会分布在较长的时间范围内，为控制项目的投资规模，有效利用现有生产能力，一般在设备寿命周期内不会进行大面积设备更新。因此，对于已建非智能高清/标清摄像机，使用后端智能分析系统可更好的控制投入，同时也是快速实现系统智能化技术升级的有效手段。

5) 除了将原始视频流与结构化数据一并上传的人像抓拍等智能摄像机外，一般的智能摄像机会按设定参数收集视频数据信息，甚至把一部分经智能分析后的无关视频数据丢弃，以达到节省带宽的目的，但如果用户存在进一步智能化分析的需求时，带宽占用则会恢复，在改变了前端原有的智能化策略，增加了系统控制、设置复杂度的同时，也对业务操作和实时监控提出了更高的技术要求，在一定意义上导致了系统故障率的增加。

因此，铁路综合视频监控智能分析系统架构应用策略应根据铁路行业自身的特点，尽量使用通用低成本的前端视频采集设备，配以必须使用的标准化智能视频采集设备和定制化视频前端，通过配备通用和专业的智能分析应用服务系统，实现铁路视频监控系统的智能化升级，并支撑铁路视频监控系统运营和管理的智能化建设。

6 结束语

简单地对前端视频采集设备做智能化更替并不能使系统升级为具有智能化功能的视频监控系统。对于智能化的一致性、可用性，仅有智能前端是不够的，更需要完整的智能化解决方案才能发挥智能分析系统的功能和作用。与前端单点智能化分析处理相比，拥有从前端到后端整体智能解决方案才能真正称之为综合视频监控系统的智能化实现。在高清数字化、大数据化的大背景下，未来铁路综合视频智能化的格局将会更清晰，用户需求的细化、技术标准的提升、信息数据的丰富和高铁建设的需要，推动着铁路视频监控智能化的发展，但真正的视频监控智能化刚刚拉开帷幕，每一次技术的进步，需求的完善，系统的优化，都在为铁路综合视频监控系统人工智能时代的到来做着准备。